第三章硬件抗干扰技术

RETN STOP NEXT
具有空腔的金属导体在静电平衡状态 下，不仅导体内部场强为零，而且腔 内场强也为零，因而置于腔内的物体 不受外界电场的影响，这种作用叫静 电屏蔽。
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电屏蔽
静电屏蔽的一般方法是在电容耦合通
道上插入一个接地的金属屏蔽导体。 由于金属屏蔽导体接地，其中的干扰 电压为零，从而隔断了电场干扰的原来 耦合通道。
第三章 硬件抗干扰技术
谈英姿
tanyz@seu.edu.cn 东南大学自控系工业自动化教研室
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主要硬件抗干扰技术
接地 屏蔽 滤波
RETN STOP NEXT
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接地
RETN STOP NEXT
为什么要地线 地线问题－地环路 地线问题－公共阻抗耦合 接地方式种类 电缆屏蔽层的接地
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接地方式种类
信号接地方式
单点接地
RETN
多点接地
混合接地
串联单点接地
STOP NEXT
并联单点接地
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单点接地
1
I1 R1 A I2 R2
2
3
I3 A I1
1
I2
2
B
3
C I3
B
R3
C
RETN STOP NEXT
串联单点接地 优点：简单
并联单点接地 优点：无公共阻抗耦合
缺点：公共阻抗耦合
50M 100M 150M
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金属条与导线的阻抗比较
金属条阻抗/导线阻抗 0.6
0.5
0.4 0.3
RETN STOP NEXT
0.2 0.1
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
S/W
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地线问题－地环路
I1
I2 VN
地环路
RETN STOP NEXT
IG
VG
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隔离变压器
d = 0.27cm d = 0.06cm 10cm 1m 10cm 1m
d= 0.04cm 10cm 1m
13.3m 14m 90.3m 783m 3.86 7.7 38.5 77 115 133m 144m 1.07 10.6 53 106 530
517 327 3.28m 5.29m 52.9m 7.14 632 8.91m 5.34m 53.9m m 712m 54m 828m 71.6m 1.0 7.12 35.5 71.2 356 540m 8.28 2.7 5.4 27 54 81 41.3 82.8 414 714m 3.57 7.14 35.7 71.4 107 10 50 100 500

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屏蔽效能
屏蔽前的场强E1
屏蔽后的场强E2
RETN STOP NEXT
屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:
SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB
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屏蔽效能与场强衰减的关系
屏蔽前场强
1 1 1 1 1 1
RETN STOP NEXT
屏蔽后的场强
0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001
RETN STOP NEXT
I
r
0.37I
深度
= 1 / ( f r r)1/2
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导线的阻抗
频率 Hz
10Hz 1k 100k 1M 5M 10M
RETN STOP NEXT
d = 0.65cm 10cm 1m
51.4 429 42.6m 426m 2.13 4.26 21.3 42.6 63.9
VN / VG
RL/（RS + RL）
= R1 / L
f
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平衡电路对地环路干扰的抑制
RS1 VS1 VG VS2
RETN
Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1
RL1
IS
VL
RS2
STOP NEXT
IN2
RL2
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地线问题－公共阻抗耦合
电路1
电路2
地电流1
地电流2 公共地阻抗
RETN STOP NEXT
~
V

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安全地
220V
0V
+ + + + + RETN STOP NEXT
第4页
信号地
定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径
RETN STOP NEXT
第5页
地线引发干扰问题的原因
V=IR
地线电压
地线是等 电位的假 设不成立
RETN STOP NEXT
电流走最小 阻抗路径
我们并不知 道地电流的 确切路径
~ Vs
安全接地
地环路电流 安全接地
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屏蔽
RETN STOP NEXT
屏蔽的概念 – 电屏蔽 – 磁屏蔽 – 电磁屏蔽 实际屏蔽体的问题 双绞线和金属屏蔽线

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屏蔽的概念
RETN STOP NEXT
屏蔽就是利用屏蔽体阻止或减少电磁 能量传播的一种措施； 屏蔽体是为了阻止或减小电磁能传输 而对装置进行封闭或遮蔽的一种阻挡 层，它可以是导电的、导磁的、介质 的或带有非金属吸收填料的。
衰减量
0.9 0.99 0.999 0.9999 0.99999 0.999999
屏蔽效能(dB)
20 40 60 80 100 120

屏蔽效能越高，每增加２０ｄＢ的难度越大。民用 设备的机箱一般仅需要４０ｄＢ左右的屏蔽效能， 而军用设备的机箱一般需要６０ｄＢ以上的屏蔽效 能。
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电屏蔽
R
L
C
R
ZP = (L)2/R
RETN STOP NEXT
并联谐振
RAC
串联谐振 RDC FP1 = 1/2(LC)1/2
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多点接地
电路1 R1 L1
RETN STOP NEXT
电路2 R2 L2
电路3 R3 L3
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混合接地
Rs
地电流
~ Vs
Rs
RETN STOP NEXT
地电流失 去控制
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地线电位示意图
RETN STOP NEXT
2mV 2mV ~ 10mV
10mV ~ 20mV 20mV ~ 100mV
100mV ~ 200mV
200mV
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导线的阻抗
Z = RAC + jL
趋肤效应
电流
L 1H/m
RAC= 0.076r f1/2 RDC

VS
CP
RL
VN
VG
C1
RETN STOP NEXT
C2
屏 蔽
1
VG
2
屏 蔽 层 只 能 接 2 点 ！
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光隔离器
光耦器件
Cp
发送
VS
VG
RETN STOP NEXT
接收
RL
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共模扼流圈的作用
L
R1 IN1 IN2 M IS R1 RL
VS + VN
Vs
VG
RETN STOP NEXT
缺点：接地线过多
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串联单点、并联单点混合接地
模拟电路1
模拟电路2
模拟电路3
数字信息处理电路
数字逻辑控制电路
RETN STOP NEXT
马达驱动电路
继电器驱动电路
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线路板上的地线
模拟 噪声
数字
RETN STOP NEXT
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长地线的阻抗
L
设备 Z0 = (L/C)1/2 C